по популярности / по алфавиту

эксперт
Научные и НФ-комиксы на Реакторе

Михаил Заславский: Парадоксальный взгляд комиксиста может подтолкнуть ученых к открытию

«Взрослые и увлекательные комиксы будут следовать за главными событиями науки и дополнят картину мира для интеллектуалов»

подробнее

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

КАК УВЕЛИЧИТЬ МОЩНОСТЬ РЕАКТОРА ВВЭР 1200

НОВОСТИ О ДОБЫЧЕ УРАНА

ЗА ФАСАДОМ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ / Ответы на вопросы читателей портала reactor.space

НАНОТЕРАНОСТИКА

ЗА ФАСАДОМ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Алюминиевые огурцы: зачем ученые создают растения-киборгов

Алюминиевые огурцы: зачем ученые создают растения-киборгов

Автор:

Фото: Stavrinidou et al. / Linköping University

Дата : 06.02.2017 16:26

Фантасты давно мечтают о киборгах, но почему-то очень редко обращают внимание на растения, и делают так совершенно зря. Да, растения не говорят, не обладают сознанием и почти не способны перемещаться, зато все эти деревья, цветочки и травинки сравнительно неприхотливы и умеют фотосинтезировать. К тому же, опыты на них не надо согласовывать с университетскими комитетами этике. Сейчас ученые оценили эти преимущества и все чаще пытаются улучшить растения химической и электронной начинкой.

Нанотрубки на благо фотосинтеза

Фото: Bryce Vickmark / MIT News.

Самый простой способ сделать растительного киборга — накачать его каким-нибудь раствором наночастиц или нанотрубок. Именно так в 2014 году и поступили исследователи из MIT вместе с американскими и турецкими коллегами. Они взяли одностенные углеродные нанотрубки и ввели их в хлоропласты резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), внутри которых протекает фотосинтез.

Нанотрубки могут поглощать не только фотоны видимого света, но и фотоны ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазона, поэтому после их введения резуховидки стали эффективнее справляться с фотосинтезом. Точнее, с первой стадией фотосинтеза: ввод нанотрубок на 30% увеличил поток фотосинтезированных электронов в листьях резуховидки, но как это отразилось на синтезе глюкозы, в которой откладывается усвоенная энергия этих электронов, исследователи пока не изучали.

Шпинат-антитеррор

Сюжет MIT о внедрении сенсоров в растения.

В следующих работах ученые пошли дальше: им захотелось не только улучшать врожденные умения растений, но и придать им совершенно новые способности. Для этого они опять использовали нанотрубки, но в этот раз на них еще были намотаны молекулы белка бомболитина. Такая смесь умеет распознавать различные взрывчатые вещества на основе нитроароматических соединений: в их присутствии бомболитин меняет свою пространственную структуру, что приводит к изменению спектра флуоресценции смеси композита нанотрубок и белка.

Ученые вводили эту смесь в листья шпината (Spinacia oleracea) и тем самым превращали его в подобие собаки-ищейки. В эксперименте они добавляли в почву тринитрофенол и растение постепенно поглощало его вместе с водой, а дальше ученые освещали листья светом лазера, что возбуждало в них флуоресценцию в ближнем ИК-свете, которая фиксировалась с помощью портативной инфракрасной камеры, а концентрацию тринитрофенола вычисляли по характерным параметрам флуоресценции.

В среднем шпинат находил взрывчатку за восемь минут и вдохновленные такими неплохими темпами ученые уже предлагают использовать подобные растения для постоянного экологического мониторинга. Полностью автономные с точки зрения энергии и совершенно неприхотливые в содержании, такие бионические растительные сенсоры могут с помощью своей разветвленной корневой системы собирать данные о десятках и сотнях поллютантах сразу с огромных площадей.

Интерактивные растения

Антуриум, демонстрирующий смайликом свое состояние.

Следующий шаг — не просто улучшить растения и расширить их возможности за счет разных добавок, а еще и научиться с ними общаться. Звучит фантастично, но на деле в этой области уже достаточно много работ и часто сделаны они с помощью вполне доступной электроники на основе тех же микроконтроллеров Arduino. К примеру, в работе 2016 года швейцарские и итальянские исследователи рассказали сразу о растениях-киборгах, настроенных под общение с тремя разными людьми.

Одно такое растение обитает вместе с Розой, 85-летней пенсионеркой из Рима, способной жить самостоятельно, но страдающей от кратковременных провалов в памяти и потерей контакта с природой — часто ходить на прогулки ей тяжело. Ученые взяли комнатное растение антуриум (Anthurium) и навесили на него светодиодную панель, а также датчики прикосновения, температуры, влажности и освещенности — теперь когда пенсионерка касается листьев своего антуриума на экране загорается ободряющий приветственный смайлик и выводятся шкалы, отображающие влажность почвы, а также освещенность и температуру окружающего воздуха, что помогает старушке лучше ухаживать за своим питомцем и следить за его состоянием.

Второго киборга ученые поселили в доме 10-летнего слепого мальчика Мэтью. У этого растения такие же самые сенсоры, но вместо экрана оно снабжено системой распознавания речи и динамиком, которые помогают ему улавливать самые простые вопросы Мэтью в духе «Как у тебя дела?» и отвечать на них что-нибудь вроде «Меня надо полить» или «Здесь слишком холодно». Кроме того, если мальчик продолжает говорить, то растение даже способно поддержать с ним элементарный диалог, просто отвечая на всего его разнообразные реплики что-то вроде «Вот это да». Ну а если с растением не будут общаться более суток подряд оно самопроизвольно начнет выделять запах из встроенных контейнеров с пахучими веществами — приятный, если все показатели сенсоров в норме, и неприятный, если что-то идет не так.

Электронная роза

Фото: Stavrinidou et al. / Linköping University.

Наконец, еще в одной работе ученые из Швеции научились не только взаимодействовать с растениями-киборгами, но и управлять ими. Для этого они поставили два эксперимента на розах (R. floribunda). В первом они помещали цветы в раствор электропроводящего полимера, который постепенно заполнял их черенок и формировал там проводящий канал — дальше к нему можно было подвести управляющие контакты собрать прямо внутри черенка транзистор или даже простейшую электронную логическую схему на основе нескольких транзисторов.

Во втором эксперименте исследователи заливали в листы розы раствор немного другого электропроводящего полимера, умеющего менять цвет с приложением небольшого внешнего электрического напряжения. Дальше к листу подключали электроды и при включении тока его прожилки обратимо меняли цвет с естественного зеленого на зеленовато-голубоватый (после снятия напряжения обычный цвет возвращался).

Когда в следующий раз будете поливать комнатные цветы, подумайте об удивительном будущем, которое приближают ученые: растения, способные общаться с людьми и делать нашу жизнь лучше, уже перестали быть фантастикой.

Понравилась заметка? Поделитесь —

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Войти с помощью: